电力系统和变电站总体设计书

电力系统和变电站总体设计书

第1章电力系统和变电站总体分析

1.1 电力系统概述

电力工业是一种将煤、石油、天然气、水能、核能等一次能源转换成二次能源的工业，它为国民经济的其它各部门的快速、稳定发展提供足够的动力，是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它的发展水平直接反映着国家的经济发展水平。

随着社会和科学的发展，电能被越来越广泛的应用于工农也生产以及人民的日常生活中。电能可以方便的转化为其它形式的能源，并且电能的分配和输送易于实现，可以输送到需要它的工作场合和生活场合。电能也可以促进工农业的机械化和自动化。

1.2 变电站概述

变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所，是发电厂和用户联系的中间环节。变电站按照其升降电压的不同分为升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站是为了减少电能在运输过程中的损耗，将发电厂发出的电升压后输送到远方，这种变电站通常与发电厂联系在一起；降压变电站与负荷中心比较靠近，将高压电通过变压器转变为适合的低压电。在这里我们设计的是110KV的变电站。通常变电站是由高压配电室、变压器室和低压配电室等组成的。

总的来说变电站的总体布置合理，便于设备的操作、搬运、检修和巡视，当然也要便于未来的扩建性。

根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，也就是一级负荷、二级负荷和三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。

一级负荷是指将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工业将造成经济的巨大损失，如重要的大型的设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响；二级负荷是指回造成较大的经济损失，产品大量报废或减产，还可能引起社会秩序的混乱或较严重的政治影响；三级负荷指造成的损失不大或者直接的经济损失。负荷的等级不同，对供电

的要求也不同。对于一级负荷，必须有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电；对于三级负荷一般只需要一个电源供电。

1.3 变电站的分类

1.3.1按照变电站在电力系统中的地位和作用

一、系统枢纽变电站

枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，目前电压等级有220kv、330kV(仅西北电网)和500kv，枢纽变电站连成环网，全站停电后，将引起系统解列，甚至整个系统瘫痪，因此对枢纽变电站的可靠性要求较高。

枢纽变电站主变压器容量大，供电围广。

二、地区一次变电站

地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电主网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主网受电，向本供电区域供电。全站停电后，可引起地区电网瓦解，影响整个区域供电。电压等级一般采用220kv或330kv。

地区一次变电站主变压器容量较大，出线回路数较多，对供电的可靠性要求也比较高。

三、地区二次变电站

地区二次变电站由地区一次变电站受电，直接向本地区负荷供电，供电围小，主变压器容量与台数根据电力负荷而定。全站停电后，只有本地区中断供电。

四、终端变电站

终端变电站在输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，全站停电后，只是终端用户停电。

1.3.2按照变电站安装位置

一、室外变电站

室外变电站除控制、直流电源等设备放在室外，变压器、断路器、隔离开关等主要设备均布置在室外。这种变电站建筑面积小，建设费用低，电压较高的变电站一般采用室外布置。

二、室变电站

室变电站的主要设备均放在室，减少了总占地面积，但建筑费用较高，适宜市区居民密集地区，或位于海岸、盐湖、化工厂及其他空气污秽等级较高的地区。

三、地下变电站

在人口和工业高度集中的大城市，由于城市用电量大，建筑物密集，将变电站设置在城市大建筑物、道路、公园的地下，可以减少占地，尤其随着城市电网改造的发展，位于城区的变电站乃至大型枢纽变电站将更多的采取地下变电站。这种变电站多数为无人值班变电站。

四、箱式变电站

箱式变电站又称预装式变电站，是将变压器、高压开关、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置在一个或几个密闭的箱壳。

箱式变电站是由工厂设计和制造的，结构紧凑、占地少、可靠性高、安装方便，现在广泛应用于居民小区和公园等场所。箱式变电站一般容量不大，电压等级一般为3kv～35kv，随着电网的发展和要求的提高，电压围不断扩大，现已经制造出了132kv的箱式变电站。

箱式变电站按照装设位置的不同又可分为户外和户两种类型。

五、移动变电站

将变电设备安装在车辆上，以供临时或短期用电场所的需要。

1.3.3按照值班方式

一、有人值班变电站

大容量、重要的变电站大都采用有人值班变电站。

二、无人值班变电站

无人值班变电站的测量监视与控制操作都由调度中心进行遥测遥控，变电站不设值班人员。

1.3.4根据变压器的使用功能

一、升压变电站

升压变电站是把低电压变为高电压的变电站，例如在发电厂需要将发电机出口电压升高至系统电压，就是升压变电站。

二、降压变电站

与升压变电站相反，是把高电压变为低电压的变电站，在电力系统中，大多数的变电站是降压变电站。

1.4 本次设计企业变电站情况分析

本次设计要为了满足济源钢铁集团生产的供电要求新建一个110KV的变电站，其中原始数据有电压等级：110/10KV，线路回数：110KV：2回；10KV：6回，一次建成。主变容量为：2台31500KVA。站址位于厂区外部，临近负荷中心，交通方便，有充足的水源平均海拔200米，地震烈度为7度，年最高气温：+40℃；年最低气温-8℃。

该站有2个电源：

1个是无穷大系统，通过LGJ185线路传输，长10公里；

1个是50MW系统，通过LGJ185线路传输，长3公里。系统电抗：0.24。

该站10KV侧负荷如下表1-1：

表1-1 10KV负荷

1.5 小结

本章主要根据任务设计书给出的负荷资料做出进一步的分析完善，分析的容包括：各电压等级的负荷名称、生产性质和特点、负荷组成类别的百分比、负荷的自然力率等，对供电的要求和政策等。最后列出负荷表并附加了必要的说明文字。对该站的负荷进行总体的分析，为后面的主变压器容量的选择、电气主接线的设计打下基础。

第2章变电站主变压器的选择

2.1主变选择的一般原则

2.1.1变压器形式的选择

一、变压器相数的确定

若站址地势开阔，不受运输条件限制时，在330KV及其以下的发电厂和变电所中，均采用三相变压器。

二、变压器绕组数量的选择

在具有三种电压的变电所中，如果通过主变压器各绕组的功率达到该主变压器容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。结合本次设计的具体实际情况，都应选择三绕组变压器。

三、绕组连接方式

参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15%以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故该变电所主变选择为三绕组变压器。

参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要选择N Y的连接方式，而6-10KV侧采用△型的连接方式。

故济钢110KV变电站主变应采用的绕组连接方式为：N Y， 。

四、调压方式的确定

常用的调压方式手动调压和有载调压。手动调压用于调整围±2×2.5%以；有载调压用于调整围可达30%，其结构复杂，价格较贵，常用于以下情况：

1.接于出力变化大的发电厂的主要变压器。

2.接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作的特点联络变压器。

3.发电机经常在低功率因数下运行时。

规程规定，在满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式(手动调压方式的变压器便于维修)。对于110KV站以往设计由于任务书已经给出系统能保证本站110KV母线的电压波动在±5%之，所以可以采用手动调压方式。

综合以上分析，本设计中基干济钢变电站的主变宜采用有载调压方式。

2.1.2 变压器容量和台数的选择

一、主变容量的考虑原则（参考《电力工程电气设计手册》）

1.主变容量选择一般应按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。

2.根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60%。

3.同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。（主要考虑备用品，备件及维修方便）

二、主变台数的考虑原则

1.对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。

2.对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。

3.对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。

2.1.3主变压器的冷却方式

根据变压器型号的不同,其冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。

油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%。强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。

按一般情况，110KV变电站宜选用风冷式。